Lehrer fragen – Wissenschaftler antworten

Sie sind Lehrer und vermitteln gerade Ihren Schülern Themen aus dem Bereich Physik/Astronomie/Kosmologie? Vielleicht

  • haben Sie eine Fachfrage und wünschen sich einen Wissenschaftler, der sie beantwortet?
  • oder Sie möchten einem Wissenschaftler die Frage eines Schülers weiterleiten?
  • oder Sie hätten gerne einen brauchbaren Buchtipp zu einem speziellen Fachthema?
  • oder Sie suchen im Internet nach geeignetem Material für Ihren Unterricht?
  • oder Sie suchen einen Film im Internet zu einem bestimmten Thema? 
  • oder Sie möchten gerne eine gute Analogie für einen physikalischen Vorgang genannt bekommen?

Falls das so ist, möchte ich Sie ermutigen, Ihre Frage hier in diesem Blogbeitrag mit der Kommentarfunktion zu posten. Ich werde mich bemühen, Ihre Frage hier zu beantworten und ggf. einen geeigneten Experten zu Rate ziehen. Vielleicht liest auch ein fachkundiger Besucher Ihre Frage und beantwortet sie direkt. Oder ein Lehrerkollege weiß einen Rat und schreibt ihn hier nieder.

Anleitung: Um die Übersicht zu behalten sollen die Fragesteller bitte im Betreff "Frage:" schreiben und dahinter Ihr Thema mit ein bis zwei prägnanten Worten umschreiben. Die Antworten werden eingeleitet mit "@Name des Fragers plus Thema".

Ich freue mich auf einen interessanten Diskurs zwischen Lehrerschaft und Wissenschaft!

Veröffentlicht von

Die Astronomie ist faszinierend und schön – und wichtig. Diese interdisziplinäre Naturwissenschaft finde ich so spannend, dass ich sie zu meinem Beruf gemacht habe. Ich bin promovierter Astrophysiker und befasse mich in meiner Forschungsarbeit vor allem mit Schwarzen Löchern und Allgemeiner Relativitätstheorie. Aktuell bin ich der Scientific Manager im Exzellenzcluster Universe der Technischen Universität München. In dieser Tätigkeit im Forschungsmanagement koordiniere ich die interdisziplinäre, physikalische Forschung in einem Institut mit dem Ziel, Ursprung und Entwicklung des Universums als Ganzes zu verstehen. Besonders wichtig war mir schon immer eine Vermittlung der astronomischen Erkenntnisse an eine breite Öffentlichkeit. Es macht einfach Spaß, die Faszination am Sternenhimmel und an den vielen erstaunlichen Dinge, die da oben geschehen, zu teilen. Daher schreibe ich Artikel (print, online) und Bücher, halte öffentliche Vorträge, besuche Schulen und veranstalte Lehrerfortbildungen zur Astronomie, Kosmologie und Relativitätstheorie. Ich schätze es sehr, in meinem Blog "Einsteins Kosmos" in den KosmoLogs auf aktuelle Ereignisse reagieren oder auch einfach meine Meinung abgeben zu können. Andreas Müller

29 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. YouTube als Quelle

    Über die Rolle, die Videoclips aus YouTube im Physikunterricht spielen könnten und sollten, gibt es sogar schon ein gelehrtes Paper – das auch das heikle Thema Copyright anspricht.

    An diesem – bzw. Sorgen darüber – ist schon so manches Projekt eines Materialpools für Lehrer (und andere Referierende in Sachen Astronomie) gescheitert, obwohl gerade solch ein
    Depot v.a. von didaktisch durchdachten Visuals eine der meistgehörten Forderungen im Zusammenhang mit dem Astronomiejahr 2009 ist.

    Eine gute Nachricht kann ich aber schon mal (brühwarm) verkünden: Es wird im IYA 2009 einen Pool von vortragstauglichen Astronomen geben, aus dem man sich (als Volkssternwarte oder auch Schule) Referenten zu ganz unterschiedlichen Themen auswählen können wird, im Idealfall nur gegen Reisespesen. Oder nicht mal das. Stay tuned …

  2. Die Antwort liegt vor der Tür

    Wie ich inzwischen gelernt habe, wird die erwähnte Datenbank, bei der man sich während des IYA Vortragende aus der deutschen Fachastronomie “ausleihen” werden kann, vom Exzellenzcluster betreut werden, im Auftrag der Astronomischen Gesellschaft. Die allerdings erst einmal alle ihre Mitglieder darüber informieren muss, auf dass sich zahlreiche Freiwillige melden mögen – es wird also noch einige Wochen dauern, bevor der Pool entsteht.

  3. Schwarze Löcher, Akkretion und Jets

    Hallo Andreas,

    ich bin zwar kein Lehrer, mich beschäftigt aber gerade eine Frage, die ich im Internet bislang nicht so richtig (bzw. für mich verständlich) erklärt bekommen habe: Wie entstehen eigentlich die Materiejets bei der Akkretion von Materie in ein Schwarzes Loch? Also, wieso bildet sich so ein Jet, der senkrecht auf der Scheibe steht und in dem Materie beschleunigt wird – das ist für mich alles andere als einleuchtend.

    Oft liest man in diesem Zusammenhang von starken Magnetfeldern, in denen geladene Teilchen spiralen – kann ein Schwarzes Loch denn überhaupt noch ein Magnetfeld haben? Genauer: Wenn ein Stern zu einem Schwarzen Loch kollabiert, was geschieht dann mit seinem Magnetfeld?

    Ok, dass waren eigentlich schon mehrere Fragen…

    Gespannt,

    Jan

  4. rechenaufgabe

    wenn ich ein Teil für einen Euro plus Versandkosten Ersteigere, ergibt sich eine Summe von 6,00€.
    Mir gefällt dieses nicht und verkaufe dieses für einen Euro plus Versandkosten,somit bezahlt der Käufer auch sechs Euro an mich.
    Habe ich dann einen Verlust von 5 €?
    Bei dieser Frage ist eine Diskusion entstanden.
    Der eine meinte ich gehe mit keinem Verlust raus, ein anderer meint ich habe einen Verlust von 5€. Die Antwort auf diese Frage wäre schon wichtig.
    Vielen dank für Ihre Zeit.
    Mit freundlichen Grüßen
    Gudrun

  5. Hi,

    wie wird heute die Möglichkeit gesehen, dass manche Nanomaschinen möglicherweise gegen den 2. Hauptsatz der Thermodynamik verstoßen?

    mfg
    Luchs

  6. wenn ich ein Teil für einen Euro plus Versandkosten Ersteigere, ergibt sich eine Summe von 6,00€.

    DU ZAHLST 6 EURO.

    Mir gefällt dieses nicht und verkaufe dieses für einen Euro plus Versandkosten,somit bezahlt der Käufer auch sechs Euro an mich.

    DU BEKOMMST 6 EURO, ABER DAVON DARFST DU NUR 1 EURO BEHALTEN, WEIL DU 5 EURO BEI DER POST BEZAHLEN MUSST. ALSO HAST DU 5 EURO VERLUST.

    Habe ich dann einen Verlust von 5 €?
    Bei dieser Frage ist eine Diskusion entstanden.
    Der eine meinte ich gehe mit keinem Verlust raus, ein anderer meint ich habe einen Verlust von 5€. Die Antwort auf diese Frage wäre schon wichtig.
    Vielen dank für Ihre Zeit.
    Mit freundlichen Grüßen
    Gudrun

  7. Ich meine das ungefähr so:

    Betrachten wir z.B. die molekulare Ratsche
    http://de.wikipedia.org/wiki/Molekulare_Ratsche

    Die Sperrklinke könnte sich ja in einem Vakuum befinden. Ist die Speerklinke überhitzt führt sie (auch) Wärem nach außen ab. Außerdem könnte bei “falschem” Gasdruck auf die Flügelräder die Sperrklinke mechanische Energie speichern und diese beim erneuten Strecken an das Rad abgeben und es dennoch antreiben, so dass er keine “falsche” Richtung gibt.

    Capito?

    mfg
    Luchs

  8. Frage: Nanomaschinen und 2. Hauptsatz

    Hi,

    wie wird heute die Möglichkeit gesehen, dass manche Nanomaschinen möglicherweise gegen den 2. Hauptsatz der Thermodynamik verstoßen?

    Ich meine das ungefähr so:

    Betrachten wir z.B. die molekulare Ratsche
    http://de.wikipedia.org/wiki/Molekulare_Ratsche

    Die Sperrklinke könnte sich ja in einem Vakuum befinden, so dass sie nicht von Gaspartikeln getroffen wird. Ist die Speerklinke örtlich und zeitlich überhitzt, führt sie (auch) Wärme nach außen ab an die Umwelt. Außerdem könnte bei “falschem” Gasdruck (Folge der Fliktuationen) auf die Flügelräder die Sperrklinke gebogen werden und so mechanische Energie speichern und diese bei ihrem erneuten Strecken an das Rad abgeben und es dennoch antreiben, so dass er keine “falsche” Richtung gibt.

    Lässt sich die Frage mittlerweile allgemein gültig beantworten, oder muss bei jedem PM 2. Art neu überlegt werden, was hier speziell nicht stimmt, oder könnte es durchaus Überraschungen geben, d.h. eine Nanomaschine, die eindeutig einen Energiefluss erzeugt, indem sie eine Temperaturdifferenz erzeugt und durch ihre Funktion aufrecht erhält?

    mfg
    Luchs

  9. KARL BEDNARIK

    Hi Karl,

    wenn ich richtig recherchiert habe, bist Du hier DER FACHMANN für meine Frage. Es wäre schön, wenn ich ein Feedback bekommen könnte. Was meinst Du, ist die molekulare Ratsche ein Kandidat für eine bessere energetische Zukunft?

    mfg
    Luchs

  10. Perpetuum Mobiles der zweiten Art

    Hallo Luchs,

    Perpetuum Mobiles der zweiten Art können prinzipiell nicht funktionieren, weil sie gegen das Wahrscheinlichkeitsgesetz verstoßen.

    Leider ist bei den Perpetuum Mobiles der zweiten Art die mathematische Beweisführung fast immer sehr unanschaulich.

    Die mathematische Beweisführung ist bei den Perpetuum Mobiles der ersten Art viel einfacher, weil neu entstehende Energie die Kausalität verletzen würde.

    Richard P. Feynman hat die molekulare Ratsche widerlegt, aber leider habe ich noch nicht herausgefunden, wie er das gemacht hat.

    Ich empfehle meine Faustregel:

    Jedes Objekt ist ein Molekül, ganz gleich wie groß es ist.

    Auf Grund der Gleichverteilung der thermischen Energie hat jedes Molekül im Mittel die gleiche kinetische Energie.

    Massereiche Objekte stoßen seltener und heftiger als massearme Objekte etwas beiseite.

    Deshalb laufen die folgenden Maschinen auch nicht gerichtet in eine bestimmte Richtung:

    http://members.chello.at/….bednarik/SZIMOT-1.jpg

    http://members.chello.at/karl.bednarik/AEE-2.jpg

    Mit freundlichen Grüßen,
    Karl Bednarik.

    P. S.:
    Hier gibt es noch mehr, was nicht funktioniert:

    http://members.chello.at/karl.bednarik/

  11. eine Frage bleibt

    Hi KARL,

    danke für Deine Antwort. Wenn ich Dich richtig verstehe, würde Dein erstes Beispiel nicht funktionieren, weil nicht nur das Gasteilchen den Kolben stößt, sondern mitunter auch der Kolben das Gasteilchen, dann allerdings heftig und in die ungewollte Richtung. Würde man anstatt 1 Gasteilchen 3 verwenden (damit man immer auf einer Seite einen Überschuss hat), würden sich die Wahrscheinlichkeitsverhältnisse nicht ändern. Die Apparatur ist relativ leicht zu durchschauen, wie sie wahrscheinlich ablaufen würde, sofern der 2. Hauptsatz nicht verletzt wird.

    Aber was stimmt an Deinem zweiten Beispiel nicht? Hier kann ich beim besten Willen keinen Fehler finden. Ich muss es mal so sagen: EINFACH GENIAL DIE IDEE.
    Du schreibst: „Die Sperrklinken können das Rad nicht in die falsche Richtung stoßen.“ Man könnte ergänzen: „Die Sperrklinken können das Rad nur in die richtige Richtung stoßen.“ Für eine Sperrklinke müssten meines Erachtens zusätzliche Stopper von Vorteil sein, die den Winkelbereich der möglichen Bewegung der Sperrklinken in beide Richtungen begrenzen. Außerdem wäre eine Vorbiegung der Sperrklinken von Vorteil, so dass diese bei Belastung in die falsche Richtung mechanische Federenergie speichern und diese beim erneuten Strecken an das Rad übertragen können und es so in die richtige Richtung antreiben. Es bleibt die Frage: „Was stimmt denn hier nicht?“

    Eine Frage habe ich noch: „Funktionieren eigentlich alle Nanomaschinen, die der Idee nach ein PM 2. Art darstellen sollen, im Prinzip so, dass eine thermische Fluktuation gleichgerichtet werden soll?“ (Die Bewegung der Sperrklinken im Beispiel lässt sich doch auch als thermische Fluktuation auffassen, oder?)

    mfg

    Luchs

  12. Kaufen Sie keinesfalls meine Maschinen.

    Hallo Luchs,

    es ist so wie bei der Roulette-Methode des Verdoppelns.

    In 1023 von 1024 aller Fälle gewinnt man den Einsatz zurück, und in 1 von 1024 aller Fälle verliert man dann alles wieder.

    Irgendwann wird sich das Schrägzahnrad “falsch” verhalten, und der gesamte Energiegewinn geht wieder verloren.

    Eine Vorspannung der Sperrklinken führt nur dazu, daß alles (ganz gleich, ob richtig oder falsch) insgesamt seltener, aber heftiger passiert.

    Besonders raffiniert, aber ebenfalls wirkungslos:

    Animation:

    (Wenn diese Animation nicht läuft, dann liegt es an den Einstellungen der
    persönlichen Firewall.)

    http://members.chello.at/karl.bednarik/AEE-19.gif

    Text:

    http://members.chello.at/karl.bednarik/AEE-19.txt

    Eine völlig andere Methode, die aber auch nicht funktioniert:

    http://members.chello.at/….bednarik/PEMOZWAR.txt

    Hier (in Kapitel 2.3 Entropie und Gravitation, ab Text-Seite 25) ist ein vermutlich physikalisch korrekter Artikel, der die Diskussion zwischen Maxwell und Loschmidt über den nicht vorhandenen Temperaturgradienten in Gassäulen genauer beschreibt.

    http://www.wias-berlin.de/…ias_preprints_330.pdf

    Warum nicht gleich ein Perpetuum Mobile der ersten Art?

    Bild:

    http://members.chello.at/….bednarik/MAGMOT-1.jpg

    Animation:

    http://members.chello.at/….bednarik/MAGMOT-2.gif

    Das ist doch sehr überzeugend, und lauffähig ist es auch (als Animation).

    Casimir-Effekt-Motor (auch in Stargate gibt es ein Zero-Point-Modul):

    http://members.chello.at/….bednarik/CASIMODO.gif

    Mit freundlichen Grüßen,
    Karl Bednarik.

  13. Tour de force.

    Hallo Luchs,

    ich bin ja nicht nachtragend, aber ich liefere dennnoch einen Nachtrag zu meinem Vortrag (nettes Wortspiel).

    Von der “tour de force” in die “rue de merde”.

    Ich liebe französische Sprichworte, keiner versteht sie, aber sie klingen so gut (je t’aime mes chers).

    Wenn man 10 völlig frei schwingende Sperrklinken hat, dann kann jede davon offen oder zu sein.

    Das bedeutet aber auch, daß in 1 von 1024 Fällen alle gleichzeitig offen sind (2 hoch 10 ist 1024).

    In der Hälfte aller Fälle wird sich dann das Schrägzahnrad in die richtige Richtung drehen, und in der anderen Hälfte aller Fälle wird sich dann das Schrägzahnrad in die falsche Richtung drehen.

    Falls das Schrägzahnrad zum Zwecke der Energiegewinnung eine Feder spannen soll, dann wird es natürlich die falsche Richtung noch viel öfter wählen, weil ihm das seine Feder sagt.

    Nun kommen wir zu der mechanischen Vorspannung der Sperrklinken.

    Wenn die mechanische Vorspannung der Sperrklinken zu hoch ausgelegt ist, dann sind sie alle einfach immer zu, und gar nichts passiert.

    In dem zwischen der freien thermischen Bewegung und der allzu straffen Vorspannung durch eine Feder liegenden Bereich läßt sich problemlos ein Diagramm der Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Sperrklinke an einem bestimmten Ort anfertigen.

    Na, ja, sie können dann immer noch offen oder zu sein, aber sie sind dann eben wesentlich seltener offen (setze deine Mitarbeiter unter Druck, und nichts kommt dabei heraus).

    Was das Schrägzahnrad in der verbliebenen freien Zeit macht, das ist noch immer ungewiß, und das Schlimme daran ist, daß auch das Schrägzahnrad keine Ahnung hat, was es nun machen soll.

    Mit freundlichen Grüßen,
    Karl Bednarik.

    P. S.:

    Kauft freie Energie Aktien!

    Sitzt Du in der Sonne, dann fühlst Du die Energie der Natur.

    Immer schön spenden, hier ist meine Kontonummer:

    *** *** *** ***

  14. glauben oder wissen?

    Lieber geehrter Karl,

    vielen Dank für die vielen hochinteressanten Ideen, Informationen und Links. Ich bin von der Fülle zunächst etwas erschlagen und ratlos. Deshalb möchte ich zunächst nur über Deine Erfindungsidee des Schrägzahnrades sprechen. Ich bin in der glücklichen Lage, dass ich prinzipiell Teile aus unterschiedlichen Thermoplasten herstellen könnte, mit einer Präzision von ca. 50 nm. Deine Schrägzahnradapparatur befindet sich also innerhalb der mir zur Verfügung stehenden apparativen Technik – wäre aber eine echte Herausforderung.

    Du schreibst: „Wenn man 12 (Bezug zu Deiner Zeichnung) völlig frei schwingende Sperrklinken hat, dann kann jede davon offen oder zu sein. Das bedeutet aber auch, dass in 1 von 4096 Fällen alle gleichzeitig offen sind (2 hoch 12 ist 4096). In der Hälfte aller Fälle wird sich dann das Schrägzahnrad in die richtige Richtung drehen, und in der anderen Hälfte aller Fälle wird sich dann das Schrägzahnrad in die falsche Richtung drehen.“

    Einverstanden, wenn der Winkelbereich in dem die Sperrklinken sperren genauso groß ist, wie der Winkelbereich in dem sie nicht sperren. Ließe sich durch die von mir beschriebenen zusätzlichen Stopper beeinflussen.

    „Falls das Schrägzahnrad zum Zwecke der Energiegewinnung eine Feder spannen soll, dann wird es natürlich die falsche Richtung noch viel öfter wählen, weil ihm das seine Feder sagt.“

    Der 2. Hsatz fordert, dass die Feder im stat. Mittel genauso viel komprimiert wird, wie expandiert. Sagen wir bei zumindest einer geschlossenen Sperrklinke wird die Feder komprimiert. Die Federspitze hat den Weg x zurückgelegt. Jetzt tritt das System in den Zustand alle Sperrklinken geöffnet über. Der 2. Hsatz fordert nun, dass im statistischen Mittel die Federspitze auf –x zurückgedrängt wird, gegen die Kraft nach dem Durchtritt x=0. Durch die Massenträgheit wäre das in 1. Näherung sogar möglich, aber dann darf sich während der GESAMTEN Bewegung keine Sperrklinke schließen. Das ist doch illusorisch, oder?

    „Nun kommen wir zu der mechanischen Vorspannung der Sperrklinken. Wenn die mechanische Vorspannung der Sperrklinken zu hoch ausgelegt ist, dann sind sie alle einfach immer zu, und gar nichts passiert.“

    Einverstanden.

    „In dem zwischen der freien thermischen Bewegung und der allzu straffen Vorspannung durch eine Feder liegenden Bereich läßt sich problemlos ein Diagramm der Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Sperrklinke an einem bestimmten Ort anfertigen. Na, ja, sie können dann immer noch offen oder zu sein, aber sie sind dann eben wesentlich seltener offen (setze deine Mitarbeiter unter Druck, und nichts kommt dabei heraus).“

    So ist es. Aber denk auch an die Stopper. Du kannst bei freier thermischer Beweglichkeit einen Stopper so anbringen, dass der Winkelbereich der geöffneten Sperrklinke möglichst klein ist und einen zweiten Stopper, dass der Winkelbereich der geschlossenen Sperrklinke möglichst groß ist. Öffnet eine Sperrklinke sich gerade und prallt vor den Stopper, wird sie einfach in den geschlossenen Zustand reflektiert. Der äußere Stopper kann geradezu beliebig platziert werden. Die schrägen Zahnräder haben eine gewisse Höhe. Diese gibt den Winkelbereich vor, in dem eine Sperrklinke geschlossen wirkt. Und unabhängig von den unterschiedlich zu wählenden Winkelbereichen geschlossen/offen, soll der 2. Hsatz gelten?!

    „Was das Schrägzahnrad in der verbliebenen freien Zeit macht, das ist noch immer ungewiß, und das Schlimme daran ist, dass auch das Schrägzahnrad keine Ahnung hat, was es nun machen soll.“

    Ich denke, hier gibst Du selber zu, dass auch Du die Allgemeingültigkeit des 2. Hptsatzes anzweifelst.

    Mit freundlichen Grüßen
    Luchs

  15. Hi Karl,

    Du schreibst:
    Warum nicht gleich ein Perpetuum Mobile der ersten Art?

    Bild:

    http://members.chello.at/….bednarik/MAGMOT-1.jpg

    Animation:

    http://members.chello.at/….bednarik/MAGMOT-2.gif

    Das ist doch sehr überzeugend, und lauffähig ist es auch (als Animation).

    Ich vermute mal, Du willst mich testen 😉

    Erstens werden die bewegbaren Weicheisen auch von den Polen des Permanentmagneten in der Mitte angezogen.

    Zweitens erhalten die Weicheisen auch eine Polarisierung durch den oberen und den unteren Magneten.

    Der mittige, der obere und der untere Permanentmagnet konkurrieren um die Polarisierung des Weicheisen und dessen Orientierung.

    Drittens schwächt sich die Polarisierung innerhalb des Weicheisens ab. Sie läuft nicht nach dem Motto alles oder nichts, sondern sowohl als auch und im Zweifel nur ein bisschen.

    mfg
    Luchs

    P.S. Wenn Weicheisen einem äußeren Feld ausgesetzt wird und die Elementarmagnete orientieren sich um, dann erhitzt sich doch das Material. Beim umgekehrten Vorgang kühlt es sich ab, oder erhitzt es sich da wieder?

  16. “Wenn nun in unserer Vakuum-Kammer die Quecksilber-Atome vom
    Boden zum Deckel fliegen, dann verlieren sie bei 17 Metern
    Höhen-Unterschied ungefähr ein Prozent ihrer kinetischen
    Energie. Sie gewinnen natürlich genau so viel an potentieller
    Energie, aber diese hat keine Auswirkungen auf die Heftigkeit
    ihrer Stöße an den Deckel unserer Vakuum-Kammer.

    Das bedeutet, daß der Boden unserer Vakuum-Kammer im Gleichgewicht mit
    Quecksilber-Dampf von null Grad Celsius ist, und der Deckel unserer
    Vakuum-Kammer im Gleichgewicht mit Quecksilber-Dampf von minus
    2.7 Grad Celsius ist. Diese durch das Gravitations-Feld erzeugte
    Temperatur-Differenz bereitet mir Kopfzerbrechen.”

    Aber es kommen oben doch nur die heißesten Gasatome an. Die ganz kalten erreichen nicht die erforderliche Höhe.

    Die Frage ist, ob die 1-d-Geschwindigkeitsverteilung der oberen Gasatome exakt dieselbe ist wie die der unteren Gasatome. Ich glaube nicht, deshalb könnte die Idee m.E. funktionieren, wäre aber extrem ineffektiv.

    mfg
    Luchs

  17. Casimir-Effekt-Motor (auch in Stargate gibt es ein Zero-Point-Modul):

    http://members.chello.at/….bednarik/CASIMODO.gif

    Hmm, wenn es nicht funktioniert, dann kann es nur daran liegen, dass das zur Seiteschieben Energie kostet. Gemäß der Äthertheorie kostet das ja tatsächlich Energie, weil der Raum wie ein zäher Honig jede Änderung seiner Schwingungszustände hemmt. Aber wer will heute noch an die Äthertheorie glauben. Fazit: Ich weiß es ÜBERHAUPT nicht. (Und ich vermute mal, es gibt hier keinen, der das PM widerlegen könnte.)

    mfg
    Luchs

  18. Casimir und Maxwell

    Hallo Luchs,

    der Casimir-Effekt entsteht durch die partielle Abschirmung der virtuellen Photonen.

    Das Kraftfeld des Casimir-Effektes hat genau die selbe Gestalt wie jedes andere elektrostatische Feld (es kommt aber ohne Ladungen aus).

    In solchen Kraftfeldern kann es keine geschlossenen Schleifen geben, die Energie liefern.

    ——

    Diagramm der Maxwell-Boltzmann-Energie-Verteilung:

    http://members.chello.at/….bednarik/MABOVE-3.PNG

    Erläuterungen in den Anmerkungen zur Kurzgeschichte (weiter unten):

    http://www.e-stories.de/…geschichten.phtml?23801

    ——

    Das Schrägzahnrad hat zwangsläufig eine um so größere Tendenz zum “falschen” Verhalten, um so stärker es jene Feder gespannt hat, die die nutzbare Energie speichern soll.

    Ohne diese Feder wird das Schrägzahnrad weder eine Richtungs-Tendenz haben, noch Energie abliefern.

    Mit freundlichen Grüßen,
    Karl Bednarik.

    P. S., wenn schon Gasdruck, dann gründlich:

    http://de.wikipedia.org/wiki/Orion-Projekt

    http://www.youtube.com/…amp;feature=channel_page

    http://www.tukult.de/…anguage=germ&fileid=27

  19. Magnetische Kühlung

    http://de.wikipedia.org/…agnetische_K%C3%BChlung

    Die Kühlung durch adiabatische Entmagnetisierung ist deshalb möglich, weil der Abbau der Ordnung eine Schmelzwärme verbraucht.

    In der technischen Praxis wird es aber zumeist Wirbelströme geben, die diesen Effekt zunichte machen.

    ——

    Das Landauer-Prinzip besagt, daß das Löschen eines Bits an Information zwangsläufig die Abgabe einer bestimmten Energiemenge erfordern muß (weil Ordnung im Speicher entsteht).

    http://de.wikipedia.org/wiki/Landauer-Prinzip

  20. Hallo KARL,

    wenn ich jetzt längere Zeit nicht geschrieben habe, dann heißt das nicht, dass ich mit Deinen Ideen schon abgeschlossen hätte. Im Gegenteil, ich denke viel darüber nach und manchmal kommt auch etwas bei heraus. Dein Riesenrad mit den Brownschen Sperren ist meiner momentanen Ansicht nach noch immer funktionstüchtig. Aber etwas anders scheint mir nicht zu funktionieren, wie Du ja selber geschrieben hast. Ich beziehe mich auf:

    “Eine völlig andere Methode, die aber auch nicht funktioniert:

    http://members.chello.at/….bednarik/PEMOZWAR.txt

    Hier (in Kapitel 2.3 Entropie und Gravitation, ab Text-Seite 25) ist ein vermutlich physikalisch korrekter Artikel, der die Diskussion zwischen Maxwell und Loschmidt über den nicht vorhandenen Temperaturgradienten in Gassäulen genauer beschreibt.

    http://www.wias-berlin.de/…ias_preprints_330.pdf

    Unten am Boden gelte die 1-d Geschwindigkeitsverteilung, hergeleitet von Maxwell und Boltzmann:

    (I) F(v) = (m/(2*PI*kT))^0.5 * exp (-mv^2/(2kT))

    Ein Gasteilchen, das unten mit der Geschwindigkeit v1 startet, hat gemäß dem Energieerhaltungssatz oben am Deckel die Geschwindigkeit v2, es gilt

    0.5mv1^2 – mgh = 0.5mv2^2
    (II) v2^2 = v1^2 – 2gh

    Wenn unten also (I) gilt, dann ist mit (II) die Geschwindigkeitsverteilung oben

    (III) F#(v) = (m/(2*PI*kT))^0.5 * exp (-m(v^2-2gh)/(2kT))

    Es ist zu zeigen, dass der auf 1 normierte “positive Ast” (v^2>2gh) von (III) identisch oder nichtidentisch mit (I) ist. Eiegntlich müsste man die Funktion jetzt integrieren, aber es geht auch mit geringerem mathematischem Aufwand.

    Wir betrachten den Spezialfall Hg (200,59 g/Mol) bei 20m Höhe.

    Wenn v unten 0m/s beträgt, dann beträgt der Ausdruck des Exponenten 1.
    Wenn v unten (2gh)^0.5 = (2*9.81*20)^0.5 = 19.81m/s beträgt,
    dann beträgt v oben 0m/s. Der Anteil mit 19.81m/s beträgt unten
    exp (-200.59*10^-3 * 19.81^2 / ( 2*8.314*298)) = 0.98424
    Der Normierungsfaktor für F# an der Stelle v2=0 beträgt also 1/0.98424 = 1.01601

    Der Normierungsfaktor z.B. an der Stelle v2=19.81m/s müsste bei Identität zwischen (I) und (III) denselben Wert haben. 19.81^2 + 2gh = v1^2 = 784.8361 => v1 = 28.015 m/s
    exp (-200.59*10^-3 * 28.015^2 / ( 2*8.314*298)) = 0.968730
    Der Normierungsfaktor für F# an der Stelle v2=19.81 beträgt also 0.98424/0.968730 = 1.01601

    Der Normierungsfaktor z.B. an der Stelle v2=200 m/s müsste bei Identität zwischen (I) und (III) wieder denselben Wert haben. 200^2 + 2gh = v1^2 = 40392.4 => v1 = 200.9786 m/s
    exp (-200.59*10^-3 * 200.9786^2 / ( 2*8.314*298)) = 0.1949421
    exp (-200.59*10^-3 * 200^2 / ( 2*8.314*298)) = 0.19806328
    Der Normierungsfaktor für F# an der Stelle v2=200 beträgt also 0.19806328/0.1949421= 1.01601

    Das kann im Prinzip für alle Werte überprüft werden, der Normierungsfaktor beträgt konstant 1.01601. D.h. die Geschwindigkeitsverteilung ist oben exakt dieselbe wie unten, auch ohne Zusammenstöße der Gasteilchen.

    mfg
    Luchs

  21. “Frage”: Spiegelbild virtuell?

    Ist der Begriff “virtuell” korrekt für das Bild, das man in einem Spiegel sieht?
    Wie definiert man “virtuell” richtig?

  22. Zur vrtuellen Frage 🙂

    Liebe Frau Witting,

    die Bedeutung von “virtuell” hängt von Kontext ab. Üblich ist das Begriffspaar virtuell versus real (reell). Im Internet gibt es virtuelle Welten, an denen man sich aufhalten kann, also künstliche Welten, die nur im Computer existieren, die man aber niemals real betreten kann.

    In der Optik gibt es virtuelle und reelle Bilder. Virtuelle und vergrößerte Bilder entstehen beispielsweise bei der Lupe.

    In der Teilchenphysik gibt es virtuelle Teilchen. Es ist nicht korrekt, dies als spiegelbildliche Teilchen zu übersetzen. Vielmehr sind virtuelle Teilchen extrem kurzlebig und nicht direkt messbar. Das quantenphysikalische Vakuum ist angefüllt mit virtuellen Teilchen, die ständig (als Teilchen-Antiteilchen-Paare) entstehen und schnell wieder vergehen. Je mehr Energie (=Masse) die Teilchenpaare haben, umso kurzlebiger sind sie.
    Ein Proton (oder Neutron) besteht streng genommen nicht aus drei Quarks, sondern ist angefüllt mit virtuellen Quarks und Antiquarks. Ihre Anwesenheit bemerken Physiker, wenn sie (mit viel Energie eines Teilchenbeschleunigers) ein Proton in Einzelteile zerlegen wollen; dann treffen sie eine Vielzahl dieser Teilchen-Antiteilchen-Paare und eben nicht nur die drei Quarks.

    Spiegelbildliche Teilchen gibt es auch: Man kann einem Teilchen einen Drehsinn (Spin, damit verwandt Helizität) zuordnen und dieser ändert sich beim Übergang zum Spiegelbild. Diese Umwandlung vom Teilchen zum Spiegelteilchen nennen Physiker eine Paritätstransformation. Sie war jüngst auch Thema in den Medien, nämlich Inhalt des letzten Physik-Nobelpreises (Stichwort: CP-Verletzung).

    Beste Grüße,
    Andreas Müller

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